Perancangan Dan Pembuatan Mixer Kapasitas 6,9 Liter Putaran 280 Rpm

PERANCANGAN DAN PEMBUATAN MIXER KAPASITAS

6,9 LITER PUTARAN 280 rpm

SKRIPSI

Skripsi Yang Diajukan Untuk Melengkapi Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik

SIWAN EDIAMANTA PERANGIN-ANGIN NIM.10421043

DEPARTEMEN TEKNIK MESIN

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

MEDAN

KATA PENGANTAR

Segala puji dan syukur penulis panjatkan ke hadirat Tuhan Yang Maha Esa, atas segala karunia dan rahmat-Nya yang senantiasa diberikan kepada penulis sehingga penulis dapat menyelesaikan Tugas Sarjana ini. Tugas Sarjana ini yang merupakan salah satu syarat untuk dapat lulus menjadi Sarjana Teknik di Departemen Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara. Adapun judul Tugas Sarjana yang dipilih, diambil dari mata kuliah Elemen Mesin, yaitu “PERANCANGAN DAN PEMBUATAN MIXER KAPASITAS 6,9 LITER PUTARAN 280 rpm”. Pada kesempatan ini, penulis menyampaikan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada :

1. Kedua orang tua tercinta, ayahanda Idiaman Perangin-angin dan ibunda Seriulina.br Sembiring dan segenap keluarga terima kasih atas doa serta dukungannya kepada penulis.

2. Bapak Ir. Alfian Hamsi, M.Sc selaku dosen pembimbing Tugas Sarjana yang telah meluangkan waktunya, membimbing dan memotivasi penulis untuk menyelesaikan Tugas Sarjana ini.

3. Bapak Dr.Ing.Ir. Ikhwansyah Isranuri dan Bapak Ir.Syahrul Abda, Msc selaku Ketua Dan Kordinator Mahasiswa Ekstensi departemen Teknik Mesin, Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.

4. Seluruh Staf, Dosen dan Pegawai di Lingkungan Departemen Teknik Mesin Universitas Sumatera Utara.

5. Mahasiswa Departemen Teknik Mesin khususnya rekan-rekan sesama stambuk 2010 jalur Ekstensi, (Willy Ahter Sirait dan Andri Parulian Siregar) yang selalu memberikan motivasi dan kerja sama kepada penulis dalam menyelesaikan Tugas Sarjana ini.

Dalam penulisan ini, dari awal sampai akhir penulis telah mencoba sebaik mungkin guna tersusunnya Tugas Sarjana ini. Untuk itu saran-saran dari semua pihak yang bersifat membangun sangat penulis harapkan demi kesempurnaan Tugas Skripsi ini.

Akhir kata, penulis mengucapkan terimakasih kepada semua pihak yang turut membantu dalam penyelesaian Tugas Sarjana ini, semoga Tugas Sarjana ini dapat bermanfaat untuk kita semua.

Medan, Oktober 2013 Penulis,

Siwan Ediamanta P NIM.100421043

ABSTRAK

Pengadukan (mixing) merupakan suatu aktivitas operasi pencampuran dua atau lebih zat agar diperoleh hasil campuran yang homogen. Pada media fase cair, pengadukan ditujukan untuk memperoleh keadaan yang turbulen (bergolak). Perancangan Mesin mixer dengan menggunakan eleman pemanas ditujukan untuk pengadukan jenis bahan Thernoplastik antara campuran LDPE dan Remafin Blue. Pererencanan Mixer ini meliputi perencanaan motor penggerak, perencaan sabuk, roda gigi, elemen pengaduk, elemen pemanas, sistem inlusin pada bejana aduk dan kelistrikan. daya pengaduk ¼ Hp putaran 2800 rpm dan perbandingan transmisi roda gigi 1;10 menjadikan putaran maksimal 280 rpm. Elemen pemanas yang dipakai jenis stripe Heater dengan daya 2400 watt menghasilkan temperatur maksimal 300o C. LDPE adalah sejenis bahan thermoplast dengan suhu didih sekitar 115 -120 o C. bahan ini akan diaduk/ dicampurkan dengan remafin blue sebagai pewarna bahan plastik. Pengadukan dilakukan ketika bahan telah dicairakan terlebih dahulu. Dengan kapasitas dari mixer 6,9 liter.

ABSTRAC

Stirring ( mixing ) is an operating activity mixing two or more substances in order to obtain a homogeneous mixture results . In the liquid phase medium , stirring aimed to obtain the turbulent state ( turbulent ) . Mechanical design using a mixer with heating elements relevant to the type of materials aimed at stirring the mixture of LDPE and Thernoplastik Remafin Blue . Pererencanan This mixer includes motor planning , planning belts , gears , element stirrer , a heating element , the system inlusin the stirring vessel and electricity . power stirrer ¼ Hp 2800 rpm rotation and gear transmission ratio 1 ; 10 280 rpm to make maximum rotation . Type of heating element used stripe Heater with 2400 watts of power generating maximum temperature 300o C. LDPE is a kind of material THERMOPLAST the boiling temperature around 115 -120 o C. This material will be stirred / mixed with a blue dye remafin plastic material . Stirring is carried out when the material has dicairakan first. With a capacity of 6.9 liter mixer .

DAFTAR ISI

KATA PENGANTAR ... i

DAFTAR ISI ... iii

DAFTAR TABEL ... vi

DAFTAR GAMBAR ... vii

DAFTAR NOTASI ... x

BAB I PENDAHULUAN ... 1

1.1 Latar belakang ... 1

1.2 Tujuan penelitian ... 2

1.3 Batasan masalah ... 2

1.4 Sistematika penelitian ... 3

BAB II TINJAUAN PUSTAKA ... 4

2.1 Pengertian pencampuran ... 4

2.1.1 Alat Pencampur Bahan Cair/liquid ... 5

2.1.2 Alat Pencampur Bahan Padat ... 6

2.1.3 Alat Pencampur Bahan Pasta/Viscous ... 7

2.2 Jenis-jenis peralatan pencampur ... 11

2.3 Pengaduk ... 16

2.3.1 Jenis-jenis pengaduk ... 16

2.4 Kecepatan Pengaduk ... 20

2.4.1 Kecepatan putaran rendah ... 20

2.4.2 Kecepatan putaran sedang ... 20

2.4.3 Kecepatan putaran tinggi ... 20

2.5 Jumlah Pengaduk ... 21

2.5.1 Pemilihan Jenis Pengaduk ... 21

2.6 Elemen Pemanas ... 23

2.6.1 jenis utama pada elemen pemanas listrik ... 24

2.6.2 jenis-jenis elemen pemanas ... 25

2.7 Perpindahan Panas ... 29

2.7.1 konduksi ... 30

BAB III PERHITUNGAN KOMPONEN-KOMPONEN... 33

3.1 Objek ... 33

3.2 metode perancanganan ... 33

3.3 lokasi dan waktu perancangan ... 36

3.3.1 lokasi perancangan ... 36

3.3.2 waktu perancangan ... 36

3.4 sumber data ... 36

3.4.1 data primer ... 36

3.4.2 data sekunder ... 36

3.5 data yang diambil ... 37

3.6 perancangan mesin mixer ... 37

3.6.1 merencanakan daya motor penggerak ... 37

3.6.2 merencanakan ukuran pasak dan alur pasak ... 41

3.6.3 merencanakan sabuk penggerak ... 43

3.6.4 roda gigi ... 49

3.6.5 merencanakan bantalan pada roda gigi ... 59

3.6.6 menentukan putaran pengaduk ... 67

3.6.7 poros pengaduk ... 68

3.6.8 menetukan kapasitas pengaduk ... 74

3.6.9 termostat ... 76

3.6.10 rockwool ... 76

3.6.11 plat aluminium ... 77

3.6.12 termometer ... 77

3.6.13 speed control ... 78

3.6.14 rangka mesin mixer ... 80

3.6.15 mesin mixer dengan pemanas ... 81

BAB IV ANALIS DATA DAN PEBAHASAN ... 79

4.1 elemen pemanas mixer ... 79

4.2 perencanaan elemen pemanas ... 80

4.2.1 pemilihan jenis elemen pemanas ... 80

4.2.2 Analisa Perencanaan Elemen Pemana... 81

4.3.1 rangkaian listrik ... 89

4.4 insuline material pada elemen pemanas ... 89

4.5 menghitung laju perpindahan panas pada bejana aduk ... 91

4.6 Uji Prototype Mesin Mixer... 97

4.6.1 Bahan Pengujian……….. 97

4.6.2 Proses Melakukan Pengujian……….. 10

4.6.3 Pengujian ……… 102

4.6.4 Hasil Dari Pengujian ……… 106

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ... 107

5.1 Kesimpulan ... 107

5.2 Saran... 107

Daftar Pustaka ... Lampiran………..

DAFTAR TABEL

Halaman

1. Tabel 2.1 Kondisi Untuk Pemilihan Pengaduk... 22

2. Tabel 2.2 Daerah Kerja Pengaduk Berdasarkan Viskositas Cairan... 23

3. Tabel 3.1 Faktor-faktor Daya Yang Ditransmisikan... 39

4. Table 4.1 Thermal Conductivities Of Materialsvary With Temperature... 90

5. Table 4.2 The Thermal Conductivities Of Somematerials At Room Temperaturtur……… 90

6. Table 4.3 Parameter Dari LDPE... 100

7. Table 4.4 Spesification of Refalin... 100

DAFTAR GAMBAR

Halaman

1. Gambar 2.1 Aliran Yang Terjadi Dalam Bahan... 10

2. Gambar 2.2 Planetary Mixer... 13

3. Gambar 2.3 Ribbon Blender... 14

4. Gambar 2.4 Double Cone Mixer... 15

5. Gambar 2.5 Vertical Double Rotary Mixer... 16

6. Gambar 2.6 Alexanderwerk... 16

7. Gambar 2.7 Pengaduk Jenis Baling-Baling... 17

8. Gambar 2.8 Pengaduk Jenis Dayung... 18

9. Gambar 2.9 Pengaduk Turbin Pada Bagian Variasi... 19

10. Gambar 2.10 Pengaduk Turbin Baling-Baling... 20

11. Gambar 2.11 Pengaduk Jenis Helical Dan Semi Spiral... 20

12. Gambar 2.12 Pola Aliran Yang Dihasilkan Oleh Jenis-Jens Pengaduk... 23

13. Gambar 2.13 Elemen Pemanas... 24

14. Gambar 2.14 Coil Heater... 26

15. Gambar 2.15 Turbular Heater... 26

16. Gambar 2.16 Bagian-Bagian Koil Pemanas...27

17. Gambar 2.17 Firined Heater...28

18. Gambar 2.18 Catridge Heater Band... 29

19. Gambar 2.19 Hubungan Antara Daya, Tegangan Dan Resistansi... 30

21. Gambar 3.2 Motor Listrik... 38

22. Gambar 3.3 Gaya Geser Pada Pasak... 42

23. Gambar 3.4 Permukaan Sabuk V... 45

24. Gambar 3.5 Perhitungan Panjang Keliling Sabuk...47

25. Gambar 3.6 Perancangan Poros Roda Gigi... 51

26. Gambar 3.7 Nama-Nama Bagian Roda Gigi... 54

27. Gambar 3.8 Batang Gigi Dasar... 56

28. Gambar 3.9 Gigi Dipandang Sebagi Balok Kantiliver... 57

29. Gambar 3.10 Perbandingan Kontak... 58

30. Gambar 3.11 Gambar 3 Dimensi Roda Gigi... 62

31. Gambar 3.12 Kontruksi Bantalan Gelinding... 63

32. Gambar 3.13 Ukuran Blade Pengaduk... 73

33. Gambar 3.14 Pengaduk Mesin Mixer... 74

34. Gambar 3.15 Kapasitas Bejana Aduk... 76

35. Gambar 3.16 Thermostat... 77

36. Gambar 3.17 Rockwool... 77

37. Gambar 3.18 Plat Allumenium... 78

38. Gambar 3.19 Thermometer... 79

39. Gambar 3.20 Speed Control... 80

40. Gambar 3.21 Kontruksi Besi Siku... 81

41. Gambar 3.22 Mixer Dengan Elemen Pemanas...81

42. Gambar 4.1 Wadah/Bejana Aduk Untuk Mixer... 83

43. Gambar 4.2 Elemen Pemanas Jenis Stripe Heater... 83

45. Gambar 4.4 Permukaan Elemen Pemanas... 87

46. Gambar 4.5 Biji Plastic LDPE... 89

47. Gambar 4.6 Rangkaian Listrik Elemen Pemanas... 91

48. Gambar 4.7 Rockwool... 93

49. Gambar 4.8 Analisa Laju Perpindahan Panas... 96

50. Gambar 4.9 Biji plastik LDPE (Low Density Polyethylene)... 100

51. Gambar 4.10 Refalin - Blue... 101

52. Gambar 4.11 LDPE (Low Density Polyethylene)... 101

53. Gambar 4.12 Refalin – Blue... 103

54. Gambar 4.13 Proses Pesiapan Alat Pengujian... 102

55. Gambar 4.14 Pencapain Suhu1100C... 102

56. Gambar 4.15 Proses Perubahan Fasa... 103

57. Gambar 4.16 Proses Pengadukan... 103

58. Gambar 4.17 Pengeluaran Hasil... 104

59. Gambar 4.18 Material sebelum pengadukan... 105

60. Gambar 4.19 hasil pengujian pertama... 105

DAFTAR NOTASI

= Laju perpindahan panas (W) k = Konduktivitas Termal ( W / (m.K))

A = Luas penampang yang terletak pada aliran panas (m2) T2 = Temperatur akhir (°C)

T1 = Temperatur awal (°C) L = Tebal plat (m)

R = Resistansi thermal ( °C/m) Ts = Temperatur plat ( K ) Tf = Temperatur fluida ( K ) Nu = Bilangan Nusselt Re = Bilangan Reynold

ρ = Massa jenis fluida (kg/m3) U = Kecepatan aliran fluida (m/s) μ = Viskositas (Ns/m2)

RaL = Bilangan Rayleigh β =1/ Tr

g = Percepatan gravitasi (9,81 m/s2) Ts = Temperatur permukaan plat (K) Tr = Temperatur referensi (K) α = Difusivitas thermal v = Viskositas kinematik

P = Daya nominal motor sebesar Fc = Faktor koreksi daya

Pd = Daya perencanaan n = Putaran normal

= Faktor koreksi yang dipilih adalah 3 = Faktor koreksi yang dipilih adalah 2,3 = Momen puntir

ds = Diameter poros motor

= Kekuatan tarik bahan poros = Faktor keamanan yang diambil (6)

= Faktor keamanan yang diambil (3) b = Lebar pasak

t = Tinggi pasak τ = Tegangan geser l = Panjang pasak

d1 = Diamter lingkar jarak roda gigi penggerak (mm) d2 =Diamter lingkar jarak roda gigi penerus (mm) ɑ = Jarak sumbu poros (mm)

H = Kedalaman puncak m = Modul

= Kelonggaran puncak Z = Panjang lintasan kontak te = Jarak bagi normal

= Perbandingan kontak v = Kecepatan keliling Ft = Gaya tangensial Fr = Beban radial Fa = Beban aksial = 0

x = Faktor beban radial = 1 y = Faktor beban aksial = 0

v = Pembebanan pada cincin dalam yang berputar = 1 fn = Faktor keamanan

fh = Faktor umur

C = Kapasitas nominal dinamis Ln = Umur nominal bantalan

a1 = Faktor keandalan 95% , = 0,62 (tabel 4.10 Lit 1 hal 137) a2 = Faktor bahan = 1 (baja dicairkan secara terbuka)

a3 = Faktor kerja = 1 (kondisi kerja normal) Lb = Umur bantalan

z1 = Jumlah gigi Penggerak z2 = Jumlah gigi yang digerakkan n1 = Putaran Penggerak (rpm)

n2 = Putaran yang direncanakan (rpm)

= koefisien perpindahan panas dari atau ke bejana berjaket = diameter bejana

k = konduktivitas termal fluida cair L = panjang dayung (paddle)

B = jarak antara dayung dengan dasar bejana N = kecepatan agitator

= massa jenis fluida = viskositas fluida C = kapasitas panas

ABSTRAK

Pengadukan (mixing) merupakan suatu aktivitas operasi pencampuran dua atau lebih zat agar diperoleh hasil campuran yang homogen. Pada media fase cair, pengadukan ditujukan untuk memperoleh keadaan yang turbulen (bergolak). Perancangan Mesin mixer dengan menggunakan eleman pemanas ditujukan untuk pengadukan jenis bahan Thernoplastik antara campuran LDPE dan Remafin Blue. Pererencanan Mixer ini meliputi perencanaan motor penggerak, perencaan sabuk, roda gigi, elemen pengaduk, elemen pemanas, sistem inlusin pada bejana aduk dan kelistrikan. daya pengaduk ¼ Hp putaran 2800 rpm dan perbandingan transmisi roda gigi 1;10 menjadikan putaran maksimal 280 rpm. Elemen pemanas yang dipakai jenis stripe Heater dengan daya 2400 watt menghasilkan temperatur maksimal 300o C. LDPE adalah sejenis bahan thermoplast dengan suhu didih sekitar 115 -120 o C. bahan ini akan diaduk/ dicampurkan dengan remafin blue sebagai pewarna bahan plastik. Pengadukan dilakukan ketika bahan telah dicairakan terlebih dahulu. Dengan kapasitas dari mixer 6,9 liter.

ABSTRAC

Stirring ( mixing ) is an operating activity mixing two or more substances in order to obtain a homogeneous mixture results . In the liquid phase medium , stirring aimed to obtain the turbulent state ( turbulent ) . Mechanical design using a mixer with heating elements relevant to the type of materials aimed at stirring the mixture of LDPE and Thernoplastik Remafin Blue . Pererencanan This mixer includes motor planning , planning belts , gears , element stirrer , a heating element , the system inlusin the stirring vessel and electricity . power stirrer ¼ Hp 2800 rpm rotation and gear transmission ratio 1 ; 10 280 rpm to make maximum rotation . Type of heating element used stripe Heater with 2400 watts of power generating maximum temperature 300o C. LDPE is a kind of material THERMOPLAST the boiling temperature around 115 -120 o C. This material will be stirred / mixed with a blue dye remafin plastic material . Stirring is carried out when the material has dicairakan first. With a capacity of 6.9 liter mixer .

BAB I PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang

Dalam sebuah industri, mesin dan alat merupakan sarana penunjang yang paling penting bagi kelancaran produksi. Untuk dapat bersaing dengan yang lain suatu industri harus bekerja secara efekif dan efisien. Cara kerja yang demikian dapat dicapai bila industri tersebut didukung oleh sistem manajemen yang baik dan juga bantuan mesin dan alat penunjang produksi yang tepat.

Proses pencampuran merupakan salah satu proses yang penting dansering dijumpai pada sebuah industri. Pada prosespencampuran ini sebagian besar produk dihasilkan.Bahan baku dapat diolah dan dicampurkan dengan bahan – bahan lainnya. Mesin yang biasa digunakan unuk proses pencampuran ini disebut mixer. Bila dilihat dari segi fungsinya, mixer dapat digolongkan sebagai mesin pengolah. Mesin pengolah merupakan mesin yang digunakan untuk menyelenggarakan proses pengolahan.

Prinsip pencampuran bahan banyak diturunkan dari prinsip mekanika fluida dan perpindahan bahan akan ada bila terjadi gerakan atau perpindahan bahan yang akan dicampur baik secara horizontal ataupun vertical. Prinsip pencampuran didasarkan pada peningkatan pengacakan dan distribusi- distribusi atau lebih komponen yang mempunya sifat yang berbeda. Derajat pencampuran dapat dikarakterisasi dari waktu yang dibutuhkan, keadaan produk atau bahkan jumlah tenaga yang dibutuhkan untuk melakukan pencampuran. Derajat keseragaman pencampuran, dalam diukur dari sample yang diambil selama pencampuran, dalam hal ini jika komponen yang dicampur telah terdistribusi mealui komponen lain secara random (acak), maka dikatakan pencampuran telah berlangsung dengan baik.Proses pencampuran dimaksudkan untuk membuat suatu bentuk uniform dari beberapa konstituan baik liquid/ solid (pasta) atau solid/ solid dan kadang liquid-gas. Berbagai proses pecampuran harus dilakukan dalm industri pangan seperti pencampuran susu dengan coklat, tepung dengan gula atau CO2 dengan air.

Dalam kehidupan nyata alat pencampur (mixer) dapat menghasilkan suatu produk dengan homogenitas yang lebih tinggi daripada pencampuran bahan yang dilakukan secara manual atau tanpa alat (dengantangansaja). Pencampuran dapat dikelompokkan menjad itiga, yaitu: pengadukan pada bahan cair termasuk suspensi di dalamnya, pencampuran bahan bersifat viscous dan pencampuran bahan partikel padat.

1.2. Tujuan Penelitian

Adapun tujuan dari rancangan mesin Mixer dengan sistem pemanas ini antara lain:

1. Merencanakan Kapasitas dan Daya motor Pengerak Mixer.

2. Merencanakan dan mengetahui jenis elemen pemanas yang dipakai

3. Mengetahui tata cara perancangan Mixer dengan menggunakan Elemen pemanas.

4. Mengetahui seberapa besar pengaruh pemanas dengan menggunakan elemen pemanas.

1.3. BatasanMasalah

Dalam penulisan ini penulis ini adalah :

1. Elemen Pemanas menggunakan jenis Mika dengan pembungkus Elemen Mika dan dilapis dengan logam Stenlees Steal.

2. Perancangan Elemen Pemanas untuk bahan uji Termoplastik. 3. Bahan yang akan duji adalah jenis Termoplastik LDPE.

4. Temperatur elemen pemanas yang dikehendaki berkisar 50 - 3000 C. 5. Untuk mengetahui pengaruh Material Insulin wadah Pemanas.

1.4. SistematikaPenulisan

Untuk mempermudah mengetahui isi tugas sarjana ini, maka uraian dari masing-masing bab dapat diringkas secara garis besar sebagai berikut :

Bab I : Pendahuluan, Merupakan Pendahuluan yang berisi latar belakang dibuatnya tugas sarjana dan pertimbangan-pertimbangan yang dipakai kenapa judul ini yang diangkat menjadi tugas sarjana yang bertujuan untuk mengetahui seberapa besar pengaruh mesin mixer dengan menggunakan pemanas

dalampencampuran bahan-bahan dan seberapa besar perbandingan dengan mesin mixer yang ada dipasaran sebelumnya untuk dapat menghitung efisiensi pemakaian mesin, agar fokus tulisan sesuai dengan hal-hal yang akan dibahas maka dibuat batasan masalah yaitu tentang komponen, carakerja,daya yang dipergunakan, perawatan dan keadaan produksi sebelum dan sesudah pemakaian mesin mixer dengan menggunakan pemanas.

Bab II : Tinjauan Pustaka,Merupakan Tinjauan Pustaka yang berisikan tentang proses pencampuran dan jenis – jenis pencampuran, Pengenalan mesin mixer dengan menggunakan pemanas, kapasitas mesin,cara kerja mesin, komponen mesin, daya yang dipergunakan.

Bab III : Perhitungan Komponen-Komponen,Merupakan Metodologi Penelitian yang berisikan tentang tempat dimana dilakukan penelitian, waktu penelitian, dan mekanisme pengumpulan data tentang mesin mixer untuk mengetahui metode-metode perancangan mesin, tata cara penelitian bahan dan alat yang digunakan dan hasil dari penelitian tersebut, dan data-data yang ada hubungannya dengan judul mesin mixer dengan menggunakan pemanas.

Bab IV : Analisa Dan Pembahasan, Merupakan data dari Bab II dan Bab III yang dianalisa di BAB ini dan dibahas untuk mengetahui perpindahan panas yang terjadi terhadap lingkungan serta perancangan Elemen pemanas untuk kerja mesin Mixer.

Bab V : Kesimpulan Dan Saran, Merupakan Kesimpulan dari tugas sarjana ini berupa efisiensi kerja mesin dan menghasilkan saran atau rekomendasi pemakaian mesin.

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1. Pengertian Pencampuran

Pencampuran merupakan proses mencampurkan satu atau lebih bahan dengan menambahkan satu bahan ke bahan lainnya sehingga membuat suatu bentuk yang seragam dari beberapa konstituen baik cair-padat, padat-padat, maupun cair-gas. Komponen yang jumlahnya lebih banyak lebih banyak disebut fase kontinyu dan yang lebih sedikit disebut fase disperse. (Fellows, 1988).

Menurut Kusdarini (1997), tujuan pencampuran dengan menggunakan alat pencampur adonan (mixer) adalah untuk memperoleh adonan yang elastis dan menghasilkan pengembangan gluten yang diinginkan. Alat pencampur ini terdiri dari tempat untuk menampung bahan dan as stainless steel. As stainless steel yang bercabang tegak lurus berfungsi untuk mencampurkan bahan baku yang berputar akibat adanya puli penggerak. Batang-batang pengaduk tersebut akan memecah dan mengaduk bahan dengan meningkatkan pengacakan dan distribusi bahan, sehingga terjadi pencampuran. Campuran tersebut akan membentuk adonan yang kompak dan uniform.

Prinsip pencampuran bahan banyak diturunkan dari prinsip mekanika fluida dan perpindahan bahan, karena pencampuran bahan akan ada bila terjadi gerakan atau perpindahan bahan yang akan dicampur baik secara horizontal ataupun vertikal. Ada dua jenis pencampuran, yaitu (1) pencampuran sebagai proses terminal sehingga hasilnya merupakan suatu bahan jadi yang siap pakai, dan (2) pencampuran merupakan proses pelengkap atau proses yang mempercepat proses lainnya seperti pemanasan, pendinginan atau reaksi kimia.

Pada proses pencampuran diharapkan tercapai suatu derajat keseragaman tertentu. Derajat keseragaman ini berbeda-beda tergantung pada tujuan pencampuran yaitu keseragaman dalam konsentrasi satu macam bahan atau lebih, keseragaman suhu, atau keseragaman fisik tepung. Pencampuran ini dapat terjadi antara bahan solid-solid, solid-liquid, solid-gas, liquid-liquid, liquid-gas, dan gas-gas (Handoko, 1992).

Peralatan pencampur dapat dibagi atau diklasifikasikan atas beberapa kategori, yaitu:

1. Berdasarkan jenis bahan yang dicampur yaitu alat pencampur liquid, alat pencampur padat, dan alat pencampur pasta

2. Berdasarkan jenis agitator, yaitu double cone mixer, ribbon blender, planetary mixers, danpropeller mixers.

2.1.1. Alat Pencampur Bahan Cair/liquid

Bahan cair diaduk untuk mencapai beberapa maksud, diantaranya (Mc Cabe et al,1985) :

1. Mensuspensikan patikel padatan.

2. Menggabungkan bahan cair yang dapat saling bercampur. 3. Mendispersikan gas dalam bentuk gelembung halus

4. Mendispersikan bahan cair lain yang tidak dapat bercampur 5. Meningkatkan pindah panas antara bahan cair dan sumber panas.

Pengadukan bahan cair umumnya dilakukan dalam suatu bejana, biasanya berbentuk silinder, yang memiliki sumbu vertikal. Bagian atas dari bejana bisa terbuka terhadap udara atau dapat juga tertutup. Dasar bejana pada umumnya dicekungkan, artinya tidak rata, agar tidak dihindari adanya sudut atau bagian yang tidak bisa dipenetrasi oleh aliran fluida. Sebuah pengaduk (impeller) terakit pada sumbu yang menggantung ke atas. Sumbu ini digerakkan oleh motor listrik yang kadang-kadang langsung dihubungkan ke sumbu tetapi lebih sering melalui kotak gear pengurang kecepatan. Perlengkapan tambahan seperti jalur masuk atau keluar bahan, coil pemanas, jaket atau termometer rendam atau alat pengukur suhu lainnya merupakan komponen tetap alat pencampur bahan cair ini.

Tiga tipe utama impeller adalah propeller (baling-baling), paddles (pedal), dan turbin. Setiap tipe memiliki banyak variasi dan subtipe. Sekalipun masih terdapat tipe impeller lain yang juga berguna untuk situasi tertentu, akan tetapi ketiga tipe tersebut mungkin dapat mengatasi 95% masalah pencampuran bahan cair yang ada. Untuk pencampuran liquid, propeller mixer adalah jenis yang paling umum dan paling memuaskan.Alat ini terdiri dari tangki silinder yang dilengkapi dengan propeller/ blades beserta motor pemutar. Bentuk propeller,

impeller, blades didisain sedemikian rupa untuk efektifitas pencampuran dan disesuaikan dengan viskositas fluid. Pada jenis alat pencampur ini diusahakan untuk dihindari tipe aliran monoton yang berputar melingkari dinding tangki , penambahan sekat-sekat (baffles) pada dinding tangki juga dapat menciptakan pengaruh pengadukan, namun menimbulkan masalah karena sulit membersihkannya.

2.1.2. Alat Pencampur Bahan Padat

Pada umumnya, untuk mencampur bahan-bahan berpartikel padat digunakan mesin pencampur yang lebih ringan daripada bahan viscous.Dalam hal ini digunakan ribbon blender dan double cone mixers. Ribbon blender terdiri dari silinder horizontal yang di dalamnya dilengkapi dengan ”screw” berputar dan pengaduk pita berbentuk heliks. Dua pita yang bergerak berlawanan dirakit pada sumbu yang sama. Yang satu menggerakkan padatan perlahan kesatu arah, sedangkan yang lain menggerakkannya dengan cepat ke arah lain. Pita-pita bisa kontinyu maupun terputus-putus. Pencampuran dihasilkan oleh turbulensi yang diinduksi oleh pengaduk yang beraksi berlawanan, jadi tidak oleh gerakan lamban padatan sepanjang rongga aduk. Beberapa ribbon blender beroperasi secara batch yaitu dengan membuat padatan sekaligus dan mengaduknya sampai tercampur rata. Ribbon blender tipe lain bekerja secara kontinu yaitu bahan padatan diumpankan pada salah satu ujung rongga aduk dan dikeluarkan pada ujung lainnya. Ribbon blender adalah pencampur yang efektif untuk tepung-tepungan yang tidak mengalir dengan sendirinya. Beberapa unit batch memiliki kapasitas yang sangat besar sehingga mampu memuat sampai 9000 galon bahan padat. Kebutuhan daya umumnya berukuran sedang.

Planetery mixer merupakan alat pencampur bahan padat yang bekerja berdasarkan perputaran planet dimana beater berputar mengitari bowl sedangkan bowl tidak berputar sehingga menghasilkan adonan yang lembut dan merata. Aplikasi alat ini adalah pada industri bakery (roti dan kue).

Double cone blender adalah alat pencampur yang terdiri dari 2 kerucut yang berputar pada porosnya, jika kerucut berputar maka tepung granula berada di dalam granula yang berada di dalam volume kerucut akan teragitasi dan tercampur. Pencampuran tipe ini memerlukan energi dan tenaga yang lebih besar. Oleh karena itu diperhatikan jangna sampai energi yang dikonsumsi diubah menjadi panas yang dapat menyebabkan terjadinya kenaikan temperatur dari produk. Jenis alat pencampur adonan kadang-kadang harus dilengkapi dengan alat pendingin.

Yang umum ditemui yaitu kneader yang berbentuk sigmoid yang berputar didalam suatu ”can” atau ”vessel” dengan berbagai kecepatan. Prinsip dari alat ini adalah disamping mencampur juga mengadon yaitu membagi, mematahkan dan selalu membuat luas permukaan yang baru sesering mungkin terhadap adonan.

2.1.3. Alat Pencampur Bahan pasta/viscous

Dibandingkan dengan pencampuran pada bahan cair, proses pencampuran pada bahan viscous memerlukan tenaga yang lebih banyak.Hal ini disebabkan oleh kenyataan bahwa pada bahan viscous dan juga bahan padat tidak mungkin terbentuk aliran yang dapat memindahkan bagian yang belum tercampur ke daerah pencampuran di sekitar impeller seperti pada pengadukan bahan cair.

Pada pencampuran bahan viscous seluruh bahan yang akan dicampur harus dibawa ke pengaduk atau pengaduknya sendiri yang mendatangi seluruh bagian campuran. Aksi pada mesin-mesin pencampuran merupakan kombinasi shear berkecepatan rendah, penyapuan (wiping), pelipatan (folding), pelemasan (stretching, dan penekanan (compressing). Energi mekanik diaplikasikan oleh komponen-komponen yang bergerak langsung pada massa bahan.

Diantara mesin pencampur pasta yang relatif dikenal adalah change-can mixer dan kneaders. Change-can mixer merupakan alat yang memiliki wadah kecil dan dapat dipindah-pindahkan sebagai tempat bahan yang akan dicampur. Wadah ini berukuran sekitar 5-10 galon.Pada pony mixer, pengaduk terdiri dari beberapa bilah vertical atau jari yang terpasang pada head yang berputar dan diletakkan di dekat dinding wadah.Pada beater mixer, wadah atau bejana bersifat

stationer.Pengaduknya memiliki gerakan melingkar sehingga ketika berputar secara berulang mendatangi seluruh bagian dari bejana.

Mixer merupakan salah satu alat pencampur dalam sistem emulsi sehingga menghasilkan suatu dispersi yang seragam atau homogen. Terdapat dua jenis mixer yang berdasarkan jumlah propeler-nya (turbin), yaitu mixer dengan satu propeller dan mixer dengan dua propiller. Mixer dengan satu propeller adalah mixer yang biasanya digunakan untuk cairan dengan viskositas rendah. Sedangkan mixer dengan dua propiller umumnya diigunakan pada cairan dengan viskositas tinggi. Hal ini karena satu propeller tidak mampu mensirkulasikan keseluruhan massa dari bahan pencampur (emulsi), selain itu ketinggi emulsi bervariasi dari waktu ke waktu (Suryani, dkk., 2002).

Gerakan pencampuran pada mixer bahan baik secara horizontal maupun secara vertikal tersebut dapat bervariasi bergantung dari jenis pengaduk/ propeller yang digunakan, sehingga hasil yang didapat akan bervariasi pula. Peralatan Pencampur dengan menggunakan satu pengaduk/ propeller biasanya digunakan untuk mengaduk bahan dengan viskositas rendah, sedangkan peralatan pengaduk dengan lebih dari satu propeller digunakan untuk mengaduk bahan dengan viskositas tinggi.

Hal ini sesuai dengan pendapat Handoko (1992), yang menyatakan bahwa satu prinsip penerapan untuk mencampur bahan dengan viskositas yang tinggi dan berbentuk pasta adalah kinerja yang tergantung pada kontak langsung antara material pencampur dengan bahan yang akan dicampur. Untuk bahan dengan viskositas tinggi dan berbentuk pasta ini banyak menggunakan model pencampur seperti:pencampur tipe pancim, pencampur dengan pisau berbentuk z.

Aliran yang terjadi di dalam bahan diperkirakan berupa seperti pada gambar berikut sehingga pencampuran akan terjadi dengan cepat dan teratur.

pandangan depan pandangan lintang

→ → → →

← ← ← ←

← ← ← ←

→ → → →

Gambar 2.1 Aliran yang terjadi dalam bahan

Kebutuhan tenaga yang diperlukan untuk mencampur suatu jumlah tertentu bahan (cairan) tergantung pada viskositas cairan tersebut. Selain itu kecepatan mixer juga berbeda-beda sesuai dengan kebutuhan bahan-bahan tersebut. Mixer dengan kecepatan rendah biasanya digunakan untuk cairan dengan viskositas tinggi dimana campurannya pekat, licin dan sebagainya. Kecepatan tinggi biasanya berkisar antara 1400-1800 rpm, kecepatan sedang biasanya adalah 1500 rpm dan kecepatan rendah berkisar antara 100-500 rpm.

Derajat keseragaman pencampuran, dalam diukur dari sample yang diambil selama pencampuran, dalam hal ini jika komponen yang dicampur telah terdistribusi mealui komponen lain secara random (acak), maka dikatakan pencampuran telah berlangsung dengan baik.

Statistik untuk mengukur derajat pencampuran dapat dilihat sebagai berikut : (Wiranatakusumah, 1992).

1. Campuran Berbentuk Pasta

Jika suatu campuran berbentuk pasta, misalkan tepung dan air dicampurkan maka akan ada suatu nilai rata-rata air adonan pada setiap waktu tertentu pencampuran yang disebut u. Jika selama pencampuran berlangsung diambil sejumlah contoh dan dianalisa kadar airnya, maka kandungan air adonan tersebut memberikan nilai Xi, misalkan jumlah spot sampel yang terambil adalah N dan nilai X rata-rata yang terukur adalah x, maka jika N sangat besar, x akan sama dengan u. Jika N kecil, x mungkin akan berbeda dengan u. Dengan kata lain

jika pencampuran berlangsung sangat sempurna (ideal) setiap nilai Xi yang terukur haruslah sama dengan x dan jika pencampuran kurang sempurna akan diperoleh Xi ≠ x.

2. Campuran Berbentuk Granula

Pendekatan yang dilakukan dalam hal ini sama dengan pendekatan pada campuran berbentuk pasta. Sejumlah contoh diambil secara acak dari nilai rata-rata hasil analisa. Perbedaannya adalah jika campuran berbentuk pasta indeks pencampuran didasarkan pada kondisi sebelum pencampuran, maka disini didasarkan pada kondisi setelah pencampuran tercampur sempurna. Jika tepung susu dan gula dicampur dalam hal ini fraksi tepung susu disebut P dan fraksi gula disebut Q, pada kondisi tercampur sempurna maka :

p + q = 1 3. Campuran liquid

Campuran jenis ini dapat dilakukan dan di analisa seperti halnya dengan campuran-campuran sebelumnya, untuk liquid miscible yang dimaksud, pencampuran akan sangat dipengaruhi oleh sifat-sifat liquid itu sendiri, seperti viskositas, densitas, jenis alat pencampuran (type mixer) dan tenaga yang dibutuhkan untuk menggerakkan propeller atau blades. Salah satu persamaan umum pencampuran liquid adalah sebagai berikut :

Po = k (Re)n (Fr)m Po : Power number = P/D5 F3ρ

Re : Reynold number = D2Fρ/μ Fr : Froude number = D F2/g D : diameter propeller, m

F : frekuensi rotasi propeller/blades, rpm ρ : densitas likuid, kg/m3

μ : viskositas fluid, Pa.s

2.2. Jenis – Jenis Peralatan Pencampur.

1. Planetary Mixer

Planetary Mixer merupakan alat pencampuran bahan viskous, seperti pasta. Prinsip penerapan untuk mencampur bahan dengan viskositas yang tinggi dan berbentuk pasta adalah kinerja yang tergantung pada kontak langsung antara material pencampur dengan bahan yang akan dicampur. Dibandingkan dengan pencampuran pada bahan cair, proses pencampuran bahan yang viskous memerlukan tenaga yang lebih banyak. Hal ini disebabkan oleh kenyataan bahwa pada bahan viskous tidak mungkin terbentuk arus aliran yang dapat memindahkan bagian bahan yang belum tercampur ke daerah pencampuran di sekitar impeller seperti pada pengadukan bahan cair. Sehingga proses pencampuran bahan pasta itu menjadi relatif lebih rumit.

Planetary Mixer merupakan tipe mixer yang memiliki 3 fungsi pengadukan disesuaikan dengan tools-nya yaitu flat bitter untuk menghaluskan butter cream, wiper untuk adonan yang lunak serta berfungsi untuk menaikkan volume telur, dough hook untuk adonan roti. Dengan demikian dalam satu mixer bisa didapatkan 3 fungsi kerja yang bisa memberi jawaban akan investasi yang lebih efektif dan efisien. Planetary Mixer, mesin mixer adonan roti dengan berbagai kapasitas. Sistem kerja sesuai metode planet untuk menghasilkan campuiran adonan yang merata.

Planetary mixer terdiri dari wadah atau bejana yang bersifat stasioner sedangkan pengaduk yang digunakan mempunyai gerakan melingkar sehingga ketika berputar, pengaduk secara berulang mendatangi seluruh bagian pada bejana. Pada saat proses pencampuran berlangsung ruang pencampuran berada dalam keadaan tertutup. Hal itu dimaksudkan agar bahan yang sedang bercampur tidak sampai tumpah keluar karena perputaran dari pengaduk.

Gambar 2.2 Planetary Mixer

2. Ribbon Blender

Ribbon Blender merupakan salah satu alat pencampur dalam sistem emulsi sehingga menghasilkan suatu dispersi/adonan yang seragam atau homogen. Sumber tenaga pada Ribbon Blenderberfungsi sebagai penggerak dalam proses pengadukan. Tenaga dari motor penggerak untuk pengaduk ditransmisikan secara langsung dengan menggunakan besi.

Pengaduk itu sendiri memiliki fungsi untuk mengalirkan bahan dalam alat pengaduk yang bergerak dan wadah yang diam. Pengaduk juga berfungsi untuk mengaduk selama proses penampungan dan untuk menghindari pengendapan.Proses pencampuran adonan dengan Ribbon Blender bertujuan untuk memperoleh adonan yang elastis dan menghasilkan pengembangan gluten yang diinginkan.

Alat ini dapat dicoba dan digunakan pada batch yang konsisten serta pencampurannya kontinue untuk bahan bubuk (tepung) dan granula. Gardner Ribbon Mixers mudah dibersihkan sehingga mudah untuk digunakan kembali.

Spesifikasi :

- Desain higienis

impeller

Wadah yang ikut berputar

- Kapasitas antara 3.5 sampai 20.000 liter - Dibuat berdasarkan permintaan konsumen

Gambar 2.3 Ribbon Blender Keuntungan :

a. Waktu pencampurannya cepat dan pemeliharaan alat mudah.

b. Bahan dengan ukuran kecil dapat didispersikan secara homogen tanpa membutuhkan perlakuan pencampuran terlebih dahulu.

3. Double Cone Blender

Alat ini merupakan alat pencampur sederhana, penggunaan energi dalam pencampurannya kecil dan cocok digunakan untuk mencampur bahan yang halus dan rapuh.

Spesifikasi alat :

- Kapasitasnya antara 2 samapai 100.000 liter. - Desainnya higienis dengan segel diluar alat.

- Muatannya bekerja secara otomatis melalui pneumatic conveying system.

- Dibuat berdasarkan permintaan konsumen. bak

Motor listrik

Gambar 2.4 Double Cone Mixer Keuntungan :

- Mudah digunakan untuk bahan-bahan halus - Higienis dan mudah dibersihkan

- Prinsip kerjanya seperti KEMUTEC’s dengan multi shear deflector plate untuk perbaikan efesiensi sehingga granula dan bubuk (tepung) bebas mengalir

- Kehilangan produk dapat diminimalkan 4. Vertical Double Rotary Mixer

Vertical double rotary mixer digunakan untuk mencampurkan bahan yang padat.Mixer ini digunakan untuk kontinyu adalah padat dan padat-cair pencampuran untuk medium untuk produksi besar secara terus menerus. Mixer ganda memiliki poros pencampuran disesuaikan dengan dayung dalam mixer vertikal tujuan pencampuran dapat diselesaikan di bawah gaya gravitasi dengan dampak diasingkan. Produksi berbagai output mixer ini adalah 100 Kg. to 50000 Kgs.

Gambar 2.5 Vertical Double Rotary Mixer

5. AlexanderWerk

Gambar 2.6 Alexanderwerk

2.3. Pengaduk

Pemilihan pengaduk yang tepat menjadi salah satu faktor penting dalam menghasilkan proses dan pencampuran yang efektif. Pengaduk jenis baling-baling (propeller) dengan aliran aksial dan pengaduk jenis turbin dengan aliran radial menjadi pilihan yang lazim dalam pengadukan dan pencampuran.

2.3.1. Jenis-jenis Pengaduk

Secara umum, terdapat empat jenis pengaduk yang biasa digunakan, yaitu pengaduk baling–baling (propeller), pengaduk turbin (turbine), pengaduk dayung (paddle), dan pengaduk helical ribbon.

1. Pengaduk jenis baling-baling (Propeller)

Ada beberapa jenis pengaduk yang biasa digunakan, yaitu: - Marine propeller

- Hydrofoil propeller - High flow propeller

Gambar 2.7 Pengaduk jenis baling (a), Daun Dipertajam (b), Baling-baling kapal (c)

Baling-baling ini digunakan pada kecepatan berkisar antara 400 hingga 1750 rpm (revolutions per minute) dan digunakan untuk cairan dengan viskositas rendah.

2. Pengaduk Dayung (Paddle)

Berbagai jenis pengaduk dayung biasanya digunakan pada kecepatan rendah diantaranya 20 hingga 200 rpm. Dayung datar berdaun dua atau empat biasa digunakan dalam sebuah proses pengadukan. Panjang total dari pengadukan dayung biasanya 60 - 80% dari diameter tangki dan lebar dari daunnya 1/6 - 1/10 dari panjangnya. Beberapa jenis paddle yaitu:

- Paddle anchor

- Paddle flat beam – basic - Paddle double – motion - Paddle gate

- Paddle horseshoe

- Paddle glassed steel (used in glass-lined vessels) - Paddle finger

- Paddle helix - Multi paddle

Gambar 2.8 Pengaduk Jenis Dayung (Paddle) berdaun dua

Pengaduk dayung menjadi tidak efektif untuk suspensi padatan, karena aliran radial bisa terbentuk namun aliran aksial dan vertikal menjadi kecil.Sebuah dayung jangkar atau pagar, yang terlihat pada gambar 6 biasa digunakan dalam pengadukan.Jenis ini menyapu dan mengeruk dinding tangki dan kadang-kadang bagian bawah tangki. Jenis ini digunakan pada cairan kental dimana endapan pada dinding dapat terbentuk dan juga digunakan untuk meningkatkan transfer panas dari dan ke dinding tangki. Bagaimanapun jenis ini adalah pencampuran yang

buruk. Pengaduk dayung sering digunakan untuk proses pembuatan pasn kanji, cat, bahan perekat dan kosmetik.

3. Pengaduk Turbin

Pengaduk turbin adalah pengaduk dayung yang memiliki banyak daun pengaduk dan berukuran lebih pendek, digunakan pada kecepatan tinggi untuk cairan dengan rentang kekentalan yang sangat luas. Diameter dari sebuah turbin biasanya antara 30 - 50% dari diamter tangki. Turbin biasanya memiliki empat atau enam daun pengaduk.

Turbin dengan daun yang datar memberikan aliran yang radial. Jenis ini juga berguna untuk dispersi gas yang baik, gas akan dialirkan dari bagian bawah pengadukdan akan menuju ke bagian daun pengaduk lalu tepotong-potong menjadi gelembung gas. Beberapa jenis turbin yaitu:

- Turbine disc flat blade

- Turbine hub mounted curved blade - Turbine disc mounted curved blade - Turbine pitched blade

- Turbine bar - Turbine shrouded

Gambar 2.9 Pengaduk Turbin pada bagian variasi

Pada turbin dengan daun yang dibuat miring sebesar 45o, seperti yang terlihat pada Gambar 3, beberapa aliran aksial akan terbentuk sehingga sebuah kombinasi dari aliran aksial dan radial akan terbentuk. Jenis ini berguna dalam suspensi padatan kerena aliran langsung ke bawah dan akan menyapu padatan ke atas. Terkadang sebuah turbin dengan hanya empat daun miring digunakan dalam suspensi padat.Pengaduk dengan aliran aksial menghasilkan pergerakan fluida

yang lebih besar dan pencampuran per satuan daya dan sangat berguna dalam suspensi padatan.

Gambar 2.10 Pengaduk Turbin Baling-baling

4. Pengaduk Helical-Ribbon

Jenis pengaduk ini digunakan pada larutan pada kekentalan yang tinggi dan beroperasi pada rpm yang rendah pada bagian laminer. Ribbon (bentuk seperti pita) dibentuk dalam sebuah bagian helical (bentuknya seperti baling-balling helikopter dan ditempelkan ke pusat sumbu pengaduk). Cairan bergerak dalam sebuah bagian aliran berliku-liku pada bagiam bawah dan naik ke bagian atas pengaduk.Beberapa jenis pengaduk helical-ribbon yaitu:

- Ribbon impeller

- Double Ribbon impeller - Helical screw impeller - Sigma impeller

- Z-blades

Gambar 2.11. Pengaduk Jenis (a), (b) & (c) Hellical-Ribbon, (d) Semi-Spiral

2.4. Kecepatan Pengaduk

Salah satu variasi dasar dalam proses pengadukan dan pencampuran adalah kecepatan putaran pengaduk yang digunakan. Variasi kecepatan putaran pengaduk bisa memberikan gambaran mengenai pola aliran yang dihasilkan dan daya listrik yang dibutuhkan dalam proses pengadukan dan pencampuran. Secara umum klasifikasi kecepatan putaran pengaduk dibagi tiga, yaitu : kecepatan putaran rendah, sedang dan tinggi.

2.4.1 Kecepatan putaran rendah

Kecepatan rendan yang digunakan berkisar pada kecepatan 400 rpm. Pengadukan dengan kecepatan ini umumnya digunakan untuk minyak kental, lumpur dimana terdapat serat atau pada cairan yang dapat menimbulkan busa. Jenis pengaduk ini meghasilkan pergerakan batch yang empurna dengan sebuah permukaan fluida yang datar untuk menjaga temperatur atau mencampur larutan dengan viskositas dan gravitasi spesifik yang sama.

2.4.2 Kecepatan putaran sedang

Kecepatan sedang yang digunakan berkisar pada kecepatan 1150 rpm. Pengaduk dengan kecepatan ini umumnya digunakan untuk larutan sirup kental dan minyak pernis.

Jenis ini paling sering digunakan untuk meriakkan permukaan pada viskositas yang rendah, mengurangi waktu pencampuan, mencampuran larutan dengan viskositas yang berbeda dan bertujuan untuk memanaskan atau mendinginkan. 2.4.3 Kecepatan putaran tinggi

Kecepatan tinggi yang digunakan berkisar pada kecepatan 1750 rpm. Pengaduk dengan kecepatan ini umumnya digunakan untuk fluida dengan viskositas rendah misalnya air. Tingkat pengadukan ini menghasilkan permukaan yang cekung pada viskositas yang rendah dan dibutuhkan ketika waktu pencampuran sangat lama atau perbedaan viskositas sangat besar.

2.5. Jumlah Pengaduk

Penambahan jumlah pengaduk yang digunakan pada dasarnya untuk tetap menjaga efektifitas pengadukan pada kondisi yang berubah. Ketinggian fluida yang lebih besar dari diameter tangki, disertai dengan viskositas fluida yang lebih besar dann diameter pengaduk yang lebih kecil dari dimensi yang biasa digunakan, merupakan kondisi dimana pengaduk yang digunakan lebih dari satu buah, dengan jarak antar pengaduk sama dengan jarak pengaduk paling bawah ke dasar tangki. Penjelasan mengenai kondisi pengadukan dimana lebih dari satu pengaduk yang digunakan dapat dilihat dalam tabel 2.1.

Tabel 2.1 Kondisi untuk Pemilihan Pengaduk

2.5.1 Pemilihan Pengaduk

Viskositas dari cairan adalah salah satu dari beberapa faktor yang mempengaruhi pemilihan jenis pengaduk. Indikasi dari rentang viskositas pada setiap jenis pengaduk adalah :

- Pengaduk jenis baling-baling digunakan untuk viskositas fluida di bawah Pa.s (3000 cP)

- Pengaduk jenis turbin bisa digunakan untuk viskositas di bawah 100 Pa.s (100.000 cp)

- Pengaduk jenis dayung yang dimodifikasi seperti pengaduk jangkar bisa digunakan untuk viskositas antara 50 - 500 Pa.s (500.000 cP)

- Pengaduk jenis pita melingkar biasa digunakan untuk viskositas di atas 1000 Pa.s dan telah digunakan hingga viskositas 25.000 Pa.s. Untuk viskositas lebih dari 2,5 - 5 Pa.s (5000 cP) dan diatasnya, sekat tidak diperlukan karena hanya terjadi pusaran kecil.

Gambar 2.12 Pola aliran yang dihasilkan oleh jenis-jenis pengaduk yang berbeda, (a) Impeller, (b) Propeller, (c) Paddle dan (d) Helical ribbon

Hal yang harus diperhatikan pada tipe pengaduk adalah dengan mengevaluasi range kerja dari pengaduk tersebut berdasakan viskositas cairan. Range kerja beberapa tipe pengaduk pada tingkat viskositas cairan yang berbeda ditunjukkan pada tabel 2.

Tabel 2.2 Daerah Kerja Pengaduk Berdasarkan Viskositas Cairan

Dari tabel 2, pengaduk tipe propeller memiliki range kerja yang sama baik untuk proses batch maupun proses kontinyu.

2.6. Elemen Pemanas

Electrical Heating Element (elemen pemanas listrik) banyak dipakai dalam kehidupan sehari hari, baik didalam umah tangga ataupun peralatan dan mesin industri. Bentuk dan type dari Electrical Heating Element ini bermacam -macam disesuaikan dengan fungsi, tempat pemasangan dan media yang akan di panaskan.

Panas yang dihasilkan oleh elemen pemanas listrik ini bersumber dari kawat ataupun pita bertaha- nan listrik tinggi ( Resistance Wire) biasanya bahan yang digunakan adalah niklin yang dialiri arus lis- trik pada kedua ujungnya dan dilapisi oleh isolator listrik yang mampu meneruskan panas dengan baik hingga aman jika digunakan.

Elemen pemanas merupakan piranti yang mengubah energi listrik menjadi energi panas melalui proses Joule Heating. Prinsip kerja elemen panas adalah arus listrik yang mengalir pada elemen menjumpai resistansinya, sehingga menghasilkan panas pada elemen.

Persyaratan elemen pemanas antara lain : - Harus tahan lama pada suhu yang dikehendaki.

- Sifat mekanisnya harus kuat pada suhu yang dikehendaki.

- Koefisien muai harus kecil, sehingga perubahan bentuknya pada suhu yang dikehendaki tidak terlalu besar.

- Tahanan jenisnya harus tinggi.

- Koefisien suhunya harus kecil, sehingga arus kerjanya sedapat mungkin konstan.

Gambar 2.13 Elemen Pemanas

Hal yang dipertimbangkan dalam pemilihan elemen pemanas: - Maximum element surface temperature (MET)

- Maximum Power/Surface Loading

area radiasi permukaan elemen, diyatakan dalam (Watt/cm2)

MET, adalah suhu yang dicapai saat bahan elemen mulai mengalami perubahan bentuk atau saat umur hidup bahan elemen menjadi singkat yang mengakibatkan elemen menjadi putus atau hubung singkat. Semakin tinggi MET maka akan semakin tinggi pula Maximum Power Loading.

3 klas/tipe elemen pemanas yang umum dipakai: - Metallic

- Silicon carbide (SiC)

- Molybdenum disilicide (MoSi2)

Pada tipe metallic, bahan yang digunakan untuk elemen pemanas antara lain :

- Nichrome/nickel-chromium (NiCr): wire and strip - Kanthal / iron-chromium-aluminum (FeCrAl) : wires - Cupronickel (CuNi): alloys for low temperature heating

Pada klas metallic, sebagian besar elemen pemanas menggunakan bahan nichrome 80/20 (80% nikel, 20% kromium) dalam bentuk kawat, pita, atau strip.80/20 nichrome merupakan bahan yang baik, karena memiliki ketahanan yang relatif tinggi dan membentuk lapisan kromium oksida ketika dipanaskan untuk pertama kalinya, sehingga bahan di bawah kawat tidak akan teroksidasi, mencegah kawat terputus atau terbakar.

2.6.1. Jenis Utama Pada Elemen Pemanas Listrik

1. Elemen Pemanas Listrik bentuk Dasar

yaitu elemen pemanas dimana Resistance Wire hanya dilapisi oleh isolator listrik, macam-macam elemen pemanas bentuk ini adalah : Ceramik Heater, Silica Dan Quartz Heater, Bank Channel heater, Black Body Ceramik Heater.

Gambar 2.14 Coil Heater, Infra Red Heater Silica, Ceramiks dan Quartz Heater 2. Elemen Pemanas Listrik Bentuk Lanjut

Merupakan elemen pemanas dari bentuk dasar yang dilapisi oleh pipa atau lembaran plat logam untuk maksud sebagai penyesuain terhadap penggunaan dari elemen pemanas tersebut. Bahan logam yang biasa digunakan adalah : mild stell,

stainless stell, tembaga dan kuningan. Heater yang termasuk dalam jenis ini adalah :

Gambar 2.15 Tubular Heater, Catridge Heater Band, Nozzle & Stripe Heater

2.6.2. Jenis-Jenis Dari Elemen Pemanas

1. Tubular Heater

Tubular Heater merupakan elemen pemanas listrik dimana gulungan coil resistance wire dimasukan kedalam pipa dan di cor bersama - sama bubuk isolator ( Mgo powder) yang berkemampuan men- eruskan panas dan isolator listrik yang baik, sehingga arus listrik tidak menembus dan mengalir pada pipa pembungkusnya, proses pengecoran nya dilakukan dengan menggunakan mesin isi (filling ma- chine) yang dirancang sedemikian rupa, Material pipa atau tubing yang digunakan sebagai pembungkus atau selongsong tubular heater ini biasanya disesuikan dengan penggunaan heater tersebut, apakah untuk memanaskan udara, Air, cairan kimia dan lain lain

Pada umumnya bahan yang sering digunakan adalah : - Stainless Stell 304

- Stainless Stell 316 - Incoloy

- Tembaga` - Titanium

Setelah proses pengecoran maka pipa yang telah berisi resistance wire tersebut di press dengan menggunakan reduction machine sehingga diameter pipa akan mengecil dan bubuk isolator akan menjadi solid. hal ini dimaksudkan untuk menghindari adanya rongga udara didalam heater yang menyebabkan ruang kosong sehingga wire resistance yang memuai akibat panas

akan bebas berge- rak dan berpeluang menempel pada dinding pipa yang akhirnya terjadi short body dan putusnya resistance wire. Diameter akhir tubular heater hasil proses reduksi (press) yang ada di pasaran adalah : 8mm, 11,2 mm 12.5 mm 15.8 mm dan 18.9 mm dengan panjang tidak lebih dari 6 meter. Isolator tahan panas yang digunakan sebagai pengikat & pembatas antara pipa & kawat tahanan ya- itu bubuk Mgo yang mempunyai titik cair 2900 C. Kawat Tahanan atau Resitance Wire yang di gunakan adalah kawat tahanan yang dimensinya disesuaikan dengan daya yang diminta, kawat ini tahan pada suhu kerja maksimal 1300 C.

Gambar 2.16 Bagian-bagian Coil Pemanas

Dalam pemesanan Tubular Heater ini, spesifikasi daya listrik dan voltasenya sebaiknya dikonsultasi- kan dahulu a- gar didapat hasil produk yang efisien dan bermutu tinggi.

Elemen Pemanas Yang Menggunakan Tubular Heater 1. Finned Heater

Merupakan Tubular Heater yang ditambahkan finned (sirip) berpenampang bulat atau persegi yang dipasang sepanjang hot zone Tubular untuk maksud memperluas permukaan panas.

2. Cast-In Heater

merupakan heater bentuk lanjut dari tubular heater, dimana tubular heater di cor bersama sama dengan bahan cor sesuai bentuk yang diingin kan. ada 2 macam bahan cor yang umum di

Gambar 2.17 Tubular heater, finned heater, cast-in heater 3. Catridge Heater

Bahan pipa yang digunakan biasa nya Stainless Steel 304 dimana dimensinya disesuaikan dengan kebutuhan. Coil kawat tahanan dengan kualitas yang cukup baik digulung pada sebuah batang isolator (MGO Tube), yang kemudian di cor kedalam pipa dengan menggunakan MGO Powder khusus.Setelah proses pengecoran kemudian pipa - pipa yang telah berisi resistance wire dan bubuk MGO tersebut di press dengan menggunakan swaging machine sehingga diameter pipa akan mengecil dan bubuk isolator menjadi solid. Diameter Catridge Heater yang kami produksi dengan mesin press (swaging machine) adalah mulai dari diameter 5,8 mm sampai 22 mm dan panjang 1.5 meter.

Catridge Heater Standart Pin Terminals

- Catridge Heater Berkepala Nipple - Catride Heater Built In Cables - Catridge Heater L Form

- Catride Heater dengan Thermocouple - Dan Lain-lain.

4. Band, Nozzle & Stripe Heater

Merupakan elemen pemanas yang terbuat dari kumparan (gulungan ) kawat / pita bertahanan listrik tinggi (niklin), yang kemudian dilapisi oleh isolator tahan panas (mica), dan pada bagian luar dilapisi lagi oleh plat logam berbahan kuningan, alumunium ataupun stainless stell yang kemudian di bentuk menjadi lempengan heater berbentuk stripe.

Bentuk Stripe ini kemudian di bulatkan dengan mesin rol sehingga menjadi bentuk sabuk yang diameternya disesuaikan dengan kebutuhan.

Jenis - jenis Elemen Pemanas Bentuk ini adalah : - One Pice Expandable Band Heater

- Curve Heater

- Two Piece Curve Heater - Nozzle Heater

- Band Heater Dispencer Model - Dan Lain-lain

Gambar 2.18 Catridge Heater Band, Nozzle Dan Stripe Heater

Perhitungan daya elemen pemanas menggunakan prinsip hukum ohm seperti terlihat pada gambar 2.

P = V .I dengan P = Daya (VA) V = Tegangan (Volt) I = Arus (ampere)

Laju perubahan suhu dinyatakan dalam: 1 2 1 2 t t T T dt dT − − =

2.7. Perpindahan Panas

Panas dapat berpindah dari suatu tempat atau benda ketempat atau ke benda lain. Panas dapat berpindah dari suatu zat yang lebih panas ke zat yang lebih dingin. Dengan kata lain, panas hanya akan berpindah dari satu benda ke benda lainnya bila terdapat perbedaan temperatur diantara dua benda tersebut. Atau panas akan berpindah dari benda yang bertemperatur lebih tinggi ke benda yang temperatur lebih rendah. Karena itu dapat disimpulkan bahwa perbedaan temperatur (Δt) adalah merupakan potensial pendorong bagi proses perpindahan panas. Dalam proses perpindahan panas, dikenal 3 macam metode perpindahan panas, yaitu konduksi, konveksi, dan radiasi.

2.7.1. Konduksi

Konduksi adalah perpindahan panas suatu benda yang partikel-partikel dalam benda tersebut menstransfer energi melalui tumbukan. Konduksi Panas hanya terjadi apabila terdapat perbedaan temperatur.

Panas yang mengalir secara konduksi dari daerah yang bertemperatur tinggi ke daerah yang bertemperatur rendah. Laju perpindahan panas konduksi dapat dinyatakan dengan Hukum Fourrier .

...(2.1) Dimana, = Laju perpindahan panas (W)

k = Konduktivitas Termal ( W / (m.K))

A = Luas penampang yang terletak pada aliran panas (m2) T2 = Temperatur akhir (°C)

L = Tebal plat (m)

Persamaan (2.1) dapat disederhanakan menjadi persamaan yang dikenal dengan konsep resistansi thermal yang dianalogikan dengan resistansi listrik. Hal ini karena laju aliran kalor dianggap sebagai sebuah aliran listrik yang mengalir dari potensial tinggi ke potensial rendah (perbedaan temperatur). Konsep resistansi thermal juga berlaku untuk kedua jenis perpindahan panas yang lain. Dengan demikian, persamaan (2.3) menjadi:

...(2.2)

...(2.3) Dimana, = Laju perpindahan panas (W)

k = Konduktivitas Termal ( W / (m.K))

A = Luas penampang yang terletak pada aliran panas (m2) T2 = Temperatur akhir (°C)

T1 = Temperatur awal (°C) L = Tebal plat (m)

R = Resistansi thermal ( °C/m)

2.7.2. Konveksi

Perpindahan panas konveksi terjadi di antara permukaan benda dan suatu fluida. Dengan kata lain, perpindahan panas konveksi adalah perpaduan perpindahan panas konduksi dengan suatu aliran fluida. Perpindahan panas konveksi terdiri dari tiga jenis, yaitu konveksi paksa aliran dalam, aliran luar, dan alamiah. Apabila aliran fluida disebabkan oleh blower/fan maka disebut konveksi paksa dan apabila disebabkan oleh gradien massa jenis maka disebut konveksi alamiah. Pada umumnya laju perpindahan panas dapat dinyatakan dengan hukum persamaan pendinginan Newton,yaitu sebagai berikut

...(2.4) Dimana, = Laju perpindahan panas (Watt)

h = Koefisien konveksi ( W / m2. K ) A = Luas permukaan kolektor surya m2 Ts = Temperatur plat ( K )

Tf = Temperatur fluida ( K )

Nilai koefisien konveksi dapat dihitung berdasarkan persamaan berikut ini :

...(2.5)

Dimana, h = koefisien konveksi ( W / m2. K ) Nu= Bilangan Nusselt

k = konduktivitas termal (W/m.K) L = panjang plat (m)

Secara umum, pola aliran terbagi menjadi tiga jenis, yaitu aliran laminar, transisi, dan turbulen. Aliran laminar adalah aliran yang molekul-molekul fluidanya masih tersusun rapi atau tidak acak, sedangkan aliran turbulen adalah aliran yang molekul-molekul fluidanya acak atau radial. Aliran transisi merupakan pola aliran yang berada diantara aliran laminar dan turbulen.

Persamaan yang digunakan untuk menghitung bilangan Reynold adalah sebagai berikut:

...(2.6)

Dimana, Re = bilangan Reynold

ρ = massa jenis fluida (kg/m3) U = kecepatan aliran fluida (m/s)

L = Panjang pipa (m) μ = viskositas (Ns/m2)

BAB III

PERHITUNGAN KOMPONEN-KOMPONEN

3.1. Objek

Dalam skripsi ini yang menjadi objek perancangan adalah Insulation Material pada elemen pemanas dari mixer, dimana penulis menggunakan Rockwoll dan pelat aluminium sebagai insulation materailnya. Pengaruh rockwool terhadap panas yang diserapnya dari elemen pemanas, kehilangan panas, keuntungan dan kerugian rockwool dapat di lihat dalam skripsi ini.

3.2. Metode Perancangan

Dalam karyanya Discourse On Methoda, Descartes, A. Rene. (2007) dikemukakan prinsip metodologi yaitu menjelaskan kaidah-kaidah pokok tentang metode yang akan dipergunakan dalam aktivitas ilmiah maupun penelitian. Menurut Julesayer, B. Alred. (2007) dalam karyanya yang berjudul Language, Truth and Logic yang terkait dengan prinsip metodologi adalah prinsip verifikasi.

Adapun metode perancangan yang dilakukan penulis adalah metode studi kasus berdasarkan survey di lapangan. Survey dilakukan untuk mengetahui bagaimana mesin mixer beroperasi dan pengumpulan data survey, kemudian dianalisa dan dihitung setiap bagian-bagian alat mesin mixer, serta dilakukan pengujian langsung dengan menggunakan bahan thermoplastic. Selanjutnya dilakukan studi literatur agar perancangan yang dilakukan memiliki pedoman yang kuat.

Di bawah ini dapat dilihat bagan proses perancangan yang dilakukan penulis untuk menulis skripsi.

Gambar 3.1 Bagan proses penulisan skripsi

3.3. Lokasi dan Waktu Perancangan

3.3.1. Lokasi Perancangan

Lokasi penelitian dan perancangan yang dilakukan oleh penulis adalah di Jalan Ngumban Surbakti, GG. Bunga Sedap Malam VIII-B dan Lab Bengkel Teknik Mesin USU.

Pengamatan di lapangan Studi Kasus

melalui Internet & Surat Kabar

Studi pustaka

Data diolah Pengujian

Mesin

Hasil

Kesimpulan

Apabila pengujian

Gagal Perancangan

3.3.2. Waktu Perancangan

Penulis melakukan perancangan selama dua minggu, mulai dari tanggal 11 September – 24 September 2011.

3.4. Sumber Data

Adapun Sumber data yang diperoleh penulis dalam perancangan ini berasal dari:

3.4.1. Data Primer

Data primer yaitu data yang diperoleh dengan peninjauan secara langsung ke toko-toko penjualan mesin. Data primer tersebut adalah hal-hal yang berkenaan dengan mesin mixer seperti :

1. Sepesifikasi komponen alat-alat dan bahan yang digunakan untuk rancangan mesin.

2. Harga setiap komponen alat-alat dan bahan dari mesin mixer, serta harga mesin mixer yang sudah beredar dipasaran.

3. Studi banding antara mesin mixer yang penulis rancang dengan mesin mixer yang beredar dipasaran.

3.4.2. Data sekunder

Data sekunder diperoleh melalui journal dan skripsi yang sudah ada serta situs internet tentang mixer, kemudian penulis melakukan studi kepustakaan dengan mempelajari buku-buku atau hal-hal yang berhubungan dengan mixer, khususnya tentang elemen pemanas dan insulation material, kemudian data diolah untuk bahan membuat tugas sarjana.

3.5. Data yang Diambil

Data yang diambil berupa spesifikasi alat-alat yang akan dirancang, serta fungsi dan rumus perhitungan setiap bagian-bagian alat pada mesin mixer. Kemudian data yang sudah ada dibandingkan dengan data yang akan penulis rancang. Selanjutnya ke tahap pembuatan mesin dan diakhiri dengan pengujian mesin mixer untuk mendapatkan kapasitas dari mesin.

3.6. Perancangan Mesin Mixer

Pada perencangaan mesin mixer ini ada beberapa tahapan yang dilakukan dari perencaan kapasitas, penentuan daya penggerak, perencaan daya motor dan perencanaan komponen-komponen pendukung dari mesin mixer.

3.6.1. Menentukan Kapasitas Maksimum

Pada perencanaan kapasitas bejana aduk, bejana yang direncanan berbentuk silinder dengan diameter yang ditentukan dan bahan bejana aduk adalah stainless steel.

Gambar 3.2 kapasitas bejana aduk Jadi kapasitas maksimum bejana adalah :

V = . Z

= . (112)

= 6892928 = 6,9 x

V = 6,9 Liter Menentukan daya pengaduk

Dalam menentukan daya pengaduk factor yang harus diperhatikan adalah diameter bejana aduk, panjang pengaduk, putaran pengaduk, tinggi dasar bejana aduk ke pengaduk, level kapasitas maksimum, viskositas dan densitas bahan yang akan diaduk. Dari beberapa

komponen inilah kita dapat menentukan daya pengaduk. Dari rumus daya pengaduk dapat dihitung dengan cara :

hp = ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( )

...(Ir.Sri Wuryani, Hal 152) Dimana :

Dj = Diameter bejana aduk (meter)

L = Panjang pengaduk (meter)

N = Putaran pengaduk (Rad/s)

Y = Tinggi dasar bejana aduk ke pengaduk (meter) Z = Level kapasitas maksimum (meter) = Visikositas bahan yang diaduk (N.s/m2)

ρ

= Densitas bahan yang diaduk (kg/m3) Sehingga,

Hp = ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ...

... (Ir.Sri Wuryani, Hal 152)

Hp =( ) ( ) ( ) ( ) ( )

( ) ( )

Hp = (0,2465323)(0,00313)(81,58)(0,41427)(0,1120,6) (585452,205)(352,2266)

Hp = 174,256 Watt Hp = 0,174 KW

3.6.2. Merencanakan Daya Motor Penggerak

Dalam menentukan daya motor, harus diketahui daya yang dibebani oleh sistem. dalam hal ini perlu dipertimbangkan data mesin pada waktu dibebani atau sedang beroperasi. Jika p adalah daya rata-rata yang diperlukan, maka harus dibagi dengan efesiensi mekanis dari sistem transmisi untuk

mendapatkan daya penggerak mula yang diperlukan. Daya yang besar diperlukan untuk start, atau beban yang besar terus bekerja setelah start. dengan demikian sering diperlakukan faktor koreksi pada daya rata-rata yang diperlukan dengan menggunakan faktor koreksi pada perencanaan.

Gambar.3.3 Motor listrik

Jika p daya nominal output dari motor penggerak, maka berbagai macam faktor keamanan biasanya dapat diambil dalam perencanaan, sehingga koreksi pertama dapat diambil yang terkecil.

Tabel 3.1. Faktor-faktor Koreksi Daya yang Ditransmisikan

No. Daya yang akan ditransmisikan Fc

1. Daya rata-rata yang diperlukan 1.2 – 2.0

2. Daya maksimum yang diperlukan 0.8 – 1.2

3. Daya normal 1.0 – 1.5

Daya perencanaan dihitung dengan rumus :

Pd = P . fc ... (Sularso, hal 7) Dimana :

P = Daya nominal motor = 0,174 KW fc = Faktor koreksi daya = 1,07

maka :

Pd = 0,1865 KW

Momen puntir yang direncanakan pada poros motor dapat dihitung dengan rumus :

Pd = ... (Sularso, hal 7) Dimana :

T = momen puntir rencana ( kg . mm) Pd = daya perencanaan = 0,1865 kW n1 = putaran normal = 2800 rpm

Jadi :

0,1865 =

0,1865 = 186,5 =

19023 = T(293,066)

T =

T = 90,8744 kg.mm

Diameter poros motor yang direncanakan (ds) adalah 14 mm, sehingga untuk mencari tegangan geser yang diijinkan τa (kg/mm2) untuk pemakaian umum pada poros dapat dihitung dengan cara :

ds = ... (Sularso, hal 7) dimana : = Faktor koreksi yang dipilih adalah 3

= Faktor koreksi yang dipilih adalah 2,3 = momen puntir

ds = diameter poros motor

τa = tegangan geser yang diijinkan

sehingga, 14 (mm) =

τa =

τa = 1,1654 kg/mm2

maka, ds =

ds = ds =

ds = 13,963 mm

Jadi poros yang direncanakan sangat aman digunakan karena lebih kecil dari yang dirancang.

Sehingga kita dapat menghitung tegangan geser τ (kg/mm2) dari bahan poros motor yang direncanakan adalah :

τ = =

=

τ = 0,17 kg/mm2

Menghitung besarnya (kekuatan tarik bahan poros) untuk pemakaian umur pada poros dapat diperoleh dengan cara:

τa =

dimana : τa = tegangan geser yang diijinkan = kekuatan tarik bahan poros

= faktor keamanan yang diambil (6) = faktor keamanan yang diambil (3) jadi, τa =

= 1,1654 kg/mm2 x (6 x 3) = 20,977

= 21 kg/mm2

Maka bahan poros yang dirancang adalah FC 20, dengan kekuatan tarik = 21 kg/mm2.

3.6.3. Merencanakan Ukuran Pasak Dan Alur Pasak

Pasak adalah suatu elemen mesin yang dipakai untuk menetapkan bagian-bagian mesin seperti: roda gigi, pulli, kopling, dan lain sebagainya pada poros. Pasak pada umumnya dapat digolongkan atas beberapa macam seperti: pelenaa, pasak rata, pasak singgung dan pasak benam yang umumnya berpenampang segi empat.

Gaya geser terjadi pada penampang mendatar b x 1 ( mm2 ) oleh gaya F ( Kg ) dengan demikian tegangan geser k ( Kg/mm2 ) yang dihasilkan adalah:

k = ...( Sularso, Elemen Mesin, 1983; hal 25 ) Dari tegangan geser yang diijinkan, ka ( Kg/mm2 ) panjang pasak h ( mm ) yang diperlukan dapat diperoleh :

Gambar 3.4 Gaya Geser Pada pasak

Harga ka adalah harga yang diperoleh dengan membagi kekuatan tarik H dengan faktor keamanan Sfk1 x Sfk2, harga Sfk1 umumnya diambil 6, dan Sfk2 dipilih 1 – 1,5 jika beban dikenakan secara perlahan-lahan , antara1,5 – 3 jika dikenakan dengan tumbukan ringan, antara 2 – 5 jika dikenakan secara tiba-tiba dan dengan tumbukan berat. Selanjutnya perhitungan untuk menghindari kerusakan permukaan samping pasak karena tekanan bidang.

Dimana :

b = lebar pasak t = tinggi pasak b = = = 3,5 mm

t = = = 1,75 mm

Mencari gaya tangensial (kg) yang terjadi f =

=

f = 12,982 kg maka ;

dimana:

τ = Tegangan geser

b = Lebar pasak

l = Panjang pasak

0,59114 =

b.l =

= 21,960

Jika b = 3,5 mm maka : 3,5 mm l = 21,960

l =

l = 6,27 mm jadi ukuran pasak = b .h .l

= 3,5 1,7 6,27 vp = 148,128 mm3

3.6.4. Merencanakan Sabuk penggerak

Sabuk merupakan salah satu elemen mesin yang berfungsi untuk memindahkan daya dan putaran pada jarak sumbu poros yang relatif panjang yang ditempatkan pada sebuah pulli. Penggunaan sabuk memiliki beberapa keuntungan seperti :

a. Dapat memindahkan daya pada jarak yang relatif panjang b. Dapat menyerap beban kejut atau getaran

c. Biaya relatif murah dibandingkan dengan sistem transmisi roda gigi. a. Sabuk Datar

Sabuk ini biasanya terbuat dari kulit yang dimasak atau kain yang diresapi dengan karet. Sabuk datar yang modern terdiri dari inti elastis yang

memindahkan daya, yang digabung dengan selubung yang lugas untuk memberi gesekan antara sabuk dengan pulli. Sabuk datar sangat efisien untuk kecepatan tinggi, tidak bising, tidak memerlukan pulli yang besar, dan dapat memindahkan daya antara pulli pada posisi yang tegak lurus satu sama lain. Sabuk datar khususnya sangat berguna untuk instalasi penggerak dalam kelompok, karena aksi klos yang disapat tersebut.

b. Sabuk V (V-belt)

Sabuk ini terbuat dari kain dan benang, biasanya katun, rayon, nilon dan diresapi dengan karet. Berbeda dengan sabuk datar, sabuk V ini dipakai dengan ikatan yang lebih kecil dan pada jarak sumbu yang lebih pendek. Sabuk V kurang sedikit efisien bila dibandingkan dengan sabuk datar, tetapi beberapa diantaranya dapat dipakai pada ikatan tunggal, sehingga membuat suatu kelipatan penggerakan.

c. Sabuk V yang bermata rantai ( Link V Belt)

Sabuk ini terbuat dari sejumlah kain berkaret yang bermata, yang digabungkan dengan alat pengikat logam yang sesuai. Jenis sabuk ini bisa dilepas pada setiap mata rantai dan panjangnya bisa diatur dengan melepas beberapa mata rantai. Hal ini untuk menghindarkan kebutuhan akan penyetelan sumber putaran dan penyederhanaan pemasangan. Hal ini memungkinkan untuk merubah tegangan dan mendapatkan efisiensi yang maksimum.

 Type Sabuk Yang dipakai adala type A

Dimana:

2β = 400 β = 200

tg β =

= tg 200

= 3,275 mm b = 12,5 – 2

= 12,5 – 2(3,275)

= 5,95 rpm

 Mecari Luas sabuk

A = 9.b + (2x 0,5 3,275 9) = (9 5,95)( 2 0,5 3,275 9)

= 83,025 mm2

Transmisi dari motor penggerak ke poros reduksi oleh sabuk Jika diketahui:

Daya perencanaan = 0,1865 KW

Putaran puli penggerak (n1) = 2800 rpm Diameter puli penggerak (dp) = 6 mm Putaran puli yang diinginkan (n2) = 1680 rpm Jadi,

= i = = ;u =

= 30 = 3

= 10 mm

Mencari kecepatan linier sabuk- V (m/s) adalah:

v =

=

v = 0,879 m/s

Gambar 3.6 Panjang Keliling Sabuk  Menentukan tegangan sabuk

Bila diketahui:

Fc = suduk kemiringan daya = 1 P = 0,1865 KW

n1 = 2800 rpm n2 = 1680 rpm pd = P fc pd = 0,1865 1

= 0,1865 KW

= 9,74 105 6,6607 10-5 T1 = 64,87 kg.mm

T2 = 9,74 105 (0,1865/1680) = 9,74 105 1,110 10-4

T2 = 108,4914 kg.mm  Menentukan Panjang Sabuk

L = 2C + (dp + Dp) + (Dp – dp)2 – (Dp – dp)2 = 2C + (dp + Dp) + (Dp – dp)2

= 2(33) + (6 + 10) + (10 – 6)2

= 91,24 cm

= 912,4 mm

Berdasarkan sabuk “V” standard dengan nomor nominal 36 inch atau 914 mm (tabel sularso,1987 hal 168). Maka; L = 914 mm.

Dalam perdangangan terdapat bermacam – macam ukuran sabuk. Namun, mendapatkan sabuk yang panjangnya sama dengan hasil perhitungan umurnya sukar.

Jarak sumbu poros C dapat dinyatakan sebagai berikut :

C = Dimana:

b = 2L – 3,14(Dp – dp)2 = 2(914) – 3,14(100 – 60 ) b = 1702,4 mm

C =

C = C =

C = 425 mm

 Menghitung besarnya sudut α

Di mana :

Sin α =

r1 = jari – jari puli yang digerakkan (mm) r2 = jari – jari puli penggerak (mm)

Sin α = 0,047

α = 2,690

Menghitung daya yang di transmisikan pada sabuk (po) dengan jumlah sabuk yang digunakan adalah 1sabuk (N=1).

Dimana:

N =

N = jumlah sabuk Pd = Daya motor (KW)

P0 = Daya yang ditransmisikan pada sabuk (KW) = Faktor Koreksi Sabuk

 Mencari Faktor koreksi sabuk (Kθ)

Untuk menentukan faktor koreksi diambil dari Tabel 5.7 Sularso 1987 hal.174.

Dik: x = 0,121 y = ...? x1= 0,1 y1= 0,99

y2= 0,97

Sehingga:

=

=

=

-0,02 x 0,21 = y - 0,99

y = 0,99 – 0,0042 y = 0,9858 Kθ = 0,9858 Sehingga,

N =

1 =

Po =

Po = 0,1892 kW

Jadi, kapasitas daya yang ditransmikan (Po) = 0,1892 kW

3.6.5. Merencanakan Roda Gigi

Sebelum perancangan Roda Gigi, lebih awal kita rancangan poros roda gigi agar sesuai dengan kekkuatan dan kondisi yang kita inginkan. Perancangan poros roda gigi ini juga berguna untuk perancangan bantalan yang akan dipakai untuk media untuk mengurangi gaya gesek yang terjadi pada poros, agar poros dapat tahan lama dan dapat bekerja secara optimal.

a b

Gambar 3.7 Perancangan Poros Roda Gigi sebagai Pereduksi Putaran (a) Roda gigi besar (b) Roda gigi Kecil

Momen puntir yang direncanakan pada poros roda gigi dapat dihitung dengan rumus :

Pd = ... (Sularso, hal 7) Dimana :

T = momen puntir rencana ( kg . mm) Pd = daya perencanaan = 0,1892 KW n1 = putaran normal = 1680 rpm

Jadi :

0,1892 =

0,1892 = 189,2 =

19297 = T(175,84)

T =

Diameter poros motor yang direncanakan (ds) adalah 9 mm, sehingga untuk mencari tegangan geser yang diijinkan τa (kg/mm2) untuk pemakaian umum pada poros dapat dihitung dengan cara :

ds = ... (Sularso, hal 7) dimana : = Faktor koreksi yang dipilih adalah 3

= Faktor koreksi yang dipilih adalah 2,3 = momen puntir

ds = diameter poros motor

τa = tegangan geser yang diijinkan

sehingga, 9 (mm) =

τa =

τa = 7,3923 kg/mm2 maka, ds =

ds = ds =

ds = 8,8 mm

Jadi poros yang direncanakan sangat aman digunakan karena lebih kecil dari yang dirancang.

Sehingga kita dapat menghitung tegangan geser τ (kg/mm2) dari bahan poros motor yang direncanakan adalah :

τ = =

τ = 1,146 kg/mm2

Menghitung besarnya (kekuatan tarik bahan poros) untuk pemakaian umur pada poros dapat diperoleh dengan cara:

τa =

dimana : τa = tegangan geser yang diijinkan

= kekuatan tarik bahan poros

= faktor keamanan yang diambil (5,6) = faktor keamanan yang diambil (1,3)

jadi, τa =

= 7,3923 kg/mm2 x (5,6 x 1,3) = 53,816

= 54 kg/mm2

Maka bahan poros yang dirancang adalah SF 50, dengan kekuatan tarik = 54 kg/mm2.

Gambar 3.8 Bagian – bagian Roda Gigi Untuk menentukan diameter lingkaran jarak roda gigi :

d2 =Diamter lingkar jarak roda gigi penerus (mm) ɑ = Jarak sumbu poros (mm)

ɑ = m

d1 =

d2 =

Mencari d1(mm)

d1 =

=

= d1 = 7,42 mm Mencari d2(mm)

d2 =

=

=

d2 = 44,57 mm

Untuk menentukan jarak bagi lingkar t(mm) maka diameter lingkaran jarak:

Untuk menentukan jarak bagi normal te (mm) dan jarak bagi diameter lingkaran t adalah :

dg = d cos α dimana,

dg = diameter lingkaran dasar d = diameter lingkaran jarak bagi

α = sudut PO1I1 = sudut PO2I2

nilai α = 20º untuk batang gigi dasar untuk gigi berkedalaman penuh jadi, dg= d cos α

dg = 7,42 cos 20º dg = 6,972 mm

Dengan mendapatkan nilai dg, kita dapat menghitung nilai dari jarak bagi normal te (mm)

dimana, te = cos α

te = dg

te = (6,972) te = 2,4324 mm Untuk menentukan diameter luar : dimana, dk1 = (z + 2) m

dk1 = (9 + 2) 0,8 dk2 = (54 + 2) 0,8 dk1 = 8,8 mm dk2 = 44,8 mm

Gambar 3.9 Batang Gigi Dasar

Untuk menentukan kedalaman pemotong puncak gigi H dapat dihitung sebagai berikut :

H = 2 m + dimana,

H = kedalaman puncak m = modul

= kelonggaran puncak

Agar profil pahat dapat memotong kelonggaran puncak, harus dipertinggi dengan = 0,25 m.

sehingga, = 0,25 m

= 0,25 (0,8) = 0,2 mm

jadi, H = 2 m +

H = 2 (0,8) + 0,2 H = 1,8 mm

Gambar 3.10 Gigi dipandang sebagai balok kantiliver dengan kekuatan seragam Dari analisa gambar (6.12 Sularso 1987, Hal 223), kita dapat menentukan nilai dari “ perbandingan kontak ”.

= dimana,

Z = panjang lintasan kontak te = jarak bagi normal

= perbandingan kontak

Dimana jarak Z adalah panjang lintasan dari K2 K1, dapat ditulis dengan cara:

Z = ( K2 M2 ) + ( M2 M1 ) + ( M1 K1 ) Z = (0,4 . te) + (0,6 . te) + (0,4 . te)

Z = (0,4 . 2,4324) + (0,6 . 2,4324) + (0,4 . 2,4324) Z = 0,9729 + 1,45944 + 0,972

Gambar 3.11 Perbandingan Kontak (a) Garis tekan (b) titik Pembebanan (c) Jumlah Gigi yang berkaitan

sehingga, =

= = 1,399 = 1,4

Untuk menentukan harga gaya tangensial dapat dihitung dengan cara : Ft =

dimana,

Pd = daya rencana v = kecepatan keliling Ft = gaya tangensial Untuk menentukan kecepatan keliling,

v =

v =

v = 0,7736 jadi, f =

Ft =

Ft =

Ft = 34,80 kg

Untuk menentukan nilai lemis Y, kita dapat menghitungnya dengan cara : Y =

dimana, h = 1,6 mm l = 1,7 mm m = 0,8 sehingga ; Y =

Y = Y = 0,313

Untuk menentukan tegangan lentur pada roda gigi dapat dihitung dengan cara:

Ft = . b . m . Y

Ft = . (7) . (0,8) . (0,313) 34,80 = . 1,7518

=

= 19,85

Untuk menetukan Effisiensi total roda gigi dapat dihitung dengan tahapan sebagai berikut :

ɳ

R

=

dimana:

ɳR = effisiensi transmisi roda gigi (%) z1 = zumlah roda gigi penggerak z2 = zumlah roda gigi yang digerakkan

ɳR = =

= = = 0,981 = 98,1 % - Effisiensi Mekanis

ɳ

Max

=

ɳ

R

x

ɳ

bantalan

dimana:

ɳMax = Effisiensi Mekanis ɳR = Effisiensi Transmisi ɳbantalan = Effisisensi Bantalan (95%)

ɳR = 98,1 % x 95% = 0,981 x 0,95 = 0,93195 ɳMax = 93,195 % - Kerugian Daya

Dimana:

Pg = Kerugian Daya

Pmax = Daya Maksimum (0,1865 kw) ɳMax = Effisiensi Mekanis

Pg = 0,1865 (1 – 0,93195) = 0,1865 (0,06805) = 0,0126 kw - Effisiensi Total

ɳ

total

=

100 %

= 100 %

=

= 93,24 %

Gambar 3.12 Gambar 3 dimensi Roda Gigi

3.6.6. Merencanakan Bantalan pada Roda Gigi

Bantalan adalah elemen mesin yang menumpu poros berbeban sehingga putaran atau gerakan bolak-balik bekerja secara halus dan aman. Bentalan harus cukup kokoh untuk memungkinkan poros dan bagian-bagian lainnya bekerja dengan baik. Pada perencanaan ini dipakai bantalan pada ujung poros. Bantalan tersebut diharapkan dapat menahan dan menjaga beban radial dan sedikit beban aksial. Berdasarkan besarnya diameter poros yaitu 10

mm, maka pada perencanaan bantalan dipilih standar JIS 6000 untuk bantalan bola glinding.

Data bantalan :

Kapasitas nominal bantalan dinamis (C) = 360 kg Kapasitas nominal statis (CO) = 196 kg

Diameter lubang (d) = 10 mm

Diameter luar (D) = 26 mm

Lebar cincin (B) = 14 mm

Jari-jari t (r) = 8 mm

Putaran transmisi = 1680 rpm

Daya pada bantalan = 4,21 KW

Gambar3.13 Kontruksi Bantalan Gelinding  Perhitungan beban bantalan

a) Kecepatan keliling roda gigi : V =

60 . .D_rg n₁

π

=

60 1680 ). 0088 , 0 .( π

dimana :

Drg = diameter roda gigi = 8,8 mm = 0,0088 m

n1 = putaran transmisi = 1680 rpm b) Besarnya beban radial yang bekerja :

Fr = V

P . 102

= 42,942 kg dimana :

P : daya yang bekerja = 4,21 KW c) Besarnya beban ekivalen dinamis :

Pr = x . v . Fr + y . Fa =

= 42,942 kg dimana :

Fr = beban radial = 42,92 kg Fa = beban aksial = 0

x = faktor beban radial = 1

v = pembebanan pada cincin dalam yang berputar = 1  Perhitungan umur bantalan

1. untuk bantalan gelinding. a) faktor keamanan :

fn = (33,3/n)1/3 = (33,3/1680)1/3

= (0,0198)1/3 fn = 0,2705 dimana :

n = putaran transmisi = 1680 rpm b) faktor umur :

fh = fn . C/P

= (0,2705) 360 / 42,942 fh = 2,2677

dimana :

C = kapasitas nominal dinamis = 360 kg 2. Umur nominal bantalan :

Ln = 500 fh3 = 500. (2,1677)3 Ln = 5092,92 jam

3. Keandalan umur bantalan, jika mengambil 95 % :

Ln = a1 . a2 . a3 . Lh =

= 3157,61 jam dimana :

a1 = faktor keandalan 95%

= 0,62 (tabel 4.10 Lit 1 hal 137) a2 = faktor bahan

= 1 (baja dicairkan secara terbuka) a3 = faktor kerja = 1 (kondisi kerja normal)

4. Jika dalam satu hari bekerja selama 8 jam, maka umur bantalan tersebut Lb =

365 8

61 , 3157

×

= 1,08 tahun

Untuk bantalan pada poros ke-2 di Roda Gigi dengan standar JIS 6001 jika diameter poros d = 12.

Data bantalan :

kapasitas normal dinamis (C) = 400 kg kapasitas normal statis (CO) = 229 kg

diameter lubang (d) = 12 mm

diameter luar (D) = 28 mm

lebar cincin (B) = 9 mm

jari-jari fillet (l) = 0,5 mm Putaran transmisi = 280 rpm Daya pada bantalan = 4,5 KW a. Perhitungan beban bantalan

a) Kecepatan keliling roda gigi :

V =

60 . .Drg n1

π

= π = 0,644 m/det

dimana :

Drg = diameter roda gigi = 44,8 mm = 0,0448 m n1 = putaran transmisi = 280 rpm b) Besarnya beban radial yang bekerja :

Fr = V P . 102 = 644 , 0 ) 5 , 4 .( 102

= 42,942 kg dimana :

Lampiran 2

Lampiran 3

Lampiran 4

Lampiran 5

Lampiran 6

Lampiran 7